Automated Control Model Development for the Technological Process of Sewage Sludge Anaerobic Digestion in a Bioreactor

Authors

  • M. V. Parshikova Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-3-23-29

Keywords:

bioreactor, multiparametric intelligent sensor, automation model, wastewater sludge, automatic control system

Abstract

The article presents the research results and modeling processes conducted at the experimental site of the Department of Water Supply and Water Treatment at Kalashnikov Izhevsk State Technical University. The aim of the research is to develop a model for automating work processes in a biogas plant for anaerobic digestion based on the analysis of measurable parameters. A system for technological process automated control in the bioreactor is proposed, utilizing actuators and intelligent multi-parameter sensors capable of data exchange with a handheld personal computer (smartphone) via wireless communication. The article outlines the overall architecture of the multi-parameter intelligent sensors and compatible actuators used in monitoring and control the technological process in the bioreactor. It also presents the basic architecture of the intelligent multi-parameter sensor for the bioreactor. The research results and the structural diagram of the developed two-section biogas plant with a semi-automatic control system are provided including independent mixing devices for each section, independent substrate liquid heating systems for each section, and an electrical control panel for monitoring significant process factors. The article discusses a comparative analysis of technological processes for the organic waste disposal and presents functional diagrams for bioreactor automated operation with respect to the climate conditions of the Udmurt Republic, based on literature sources. It examines the basic connection diagrams for sensors to recording devices enabling the operator to control the technological process of organic waste disposal while regulating the temperature in the bioreactor. Technological process automation of organic waste anaerobic digestion in the bioreactor will increase the volume of biogas produced and enhance the energy efficiency of the method.

Author Biography

M. V. Parshikova, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

PhD in Engineering

References

Абрамова А. А., Исаков В. Г., Непогодин А. М. Зеленые технологии в очистке поверхностных и сточных вод объектов ЖКХ // Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования : материалы VIII Междунар. конф. : в 2 т. Т.1. Ижевск : Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2019. С. 460-465.

Оценка загрязненности городских сточных вод антибиотическими препаратами цефалоспориновой группы и возможности их определения спектрофотометрическим методом / А. А. Абрамова, А. М. Батуева, А. В. Васильев, М. Ю. Дягелев, Е. Д. Наумкина, И. О. Чурсин // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2021. № 2. С. 53-65. DOI: 10.15593/2409-5125/2021.02.05. EDN: NUTWVV.

Безбородова О. Е. Комплексная утилизация сточных вод предприятий : диссертация. М. : LAP Lambert Academic Publishing, 2019. 124 c.

Благоразумова А. М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод : учеб. пособие. СПб. : Лань, 2021. 208 с.

Брюханов А. Ю., Романов А. С., Белов П. В. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя органических отходов // АгроЭкоИнженерия. 2026. № 1 (126). С. 145-154. DOI: 10.24412/2713-2641-2026-1126-145-154. EDN: QVUIJE.

Брюханов А. Ю., Васильев Э. В., Егоров С. А. Автоматизированная система управления биоферментатором барабанного типа // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2025. Т. 19, № 2. С. 4-10. DOI: 10.22314/2073-7599-2025-19-2-4-10. EDN: PFNHMB.

Брюханов А. Ю., Васильев Э. В., Базыкин В. И. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2025624770 Российская Федерация. База данных оборудования, применяемого в технологической линии для переработки твердых органических отходов методом биоферментации : заявл. 20.10.2025 : опубл. 28.10.2025 / А. Ю. Брюханов, Э. В. Васильев, В. И. Базыкин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ". EDNRWLTFD.

Васильев Э. В., Романов А. С., Егоров С. А. Автоматизация технологического процесса переработки органических отходов путем разработки автономного биоферментатора // Техника и технологии в животноводстве. 2025. Т. 15, № 1. С. 63-68. DOI: 10.22314/27132064-2025-15-1-63. EDN: XXVNIS.

Волкова А. А., Шишкунов В. Г. Системный анализ и моделирование процессов в техносфере : учеб. пособие. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та. 2019. 244 с. ISBN: 978-5-7996-2600-6. EDN: VRVHJV.

Метод сравнительной оценки тепловых потерь биореакторов на этапе аванпроекта биогазовой установки / В. Н. Диденко, М. В. Свалова, А. В. Исаев, Н. Д. Узаков // Энергосбережение и водоподготовка : научно-технический журнал. 2019. № 5 (121). С. 61-65. EDN: QFKORS.

Корнюшкин Д. А., Крылов А. А. Задачи совершенствования современных автоматизированных систем управления технологическими процессами // Инженерный вестник Дона. 2023. № 3 (99). C. 225-232. EDN: NROGYP.

Оковитая К. О. Повышение эффективности работы метантенков // Эффективные технологии в области водоподготовки и очистки в системах водоснабжения и водоотведения. 2021. С. 54-56. EDN: MNWLYQ.

Провоторова А. А. Сравнительный анализ использования аэротенков и метантенков при очистке сточных вод // Современная наука и ее ресурсное обеспечение: Инновационная парадигма : сборник статей по материалам VI международной научно-практической конференции. 2021. С. 97-102. EDN: WVZFMP.

Романов А. С. Определение теплового режима работы биоферментатора камерного типа // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 2 (119). С. 82-92. DOI: 10.24412/2713-2641-2024-2119-82-9. EDN: THBOEA.

Смирнова А. Р. Пути повышении эффективности работы метантенков // Научный форум: технические и физико-математические науки : сборник статей по материалам XXXI Международной научно-практической конференции. 2020. С. 23-30.

Суворова Е. В., Микрюкова Е. М. Преодоление проблем с очисткой сточных вод от плотных эмульсий в нефтеперерабатывающей промышленности // Строительство и застройка: Жизненный цикл - 2020 : материалы V Международной (XI Всероссийской) конференции. Чебоксары, 2020. С. 415-422.

Таскаев М. В., Гарифянова Л. А., Свалова М. В. Анализ конструкции метантенков для обработки осадка с очистных сооружений // Интеллектуальные системы в производстве. 2022. № 1. С. 96-105. DOI: 10.22213/2410-9304-2022-1-96-105. EDN: DUEWME.

Ханова Е. Л., Сахарова А. А, Геращенко А. А. Способ интенсификации работы метантенков с разделением фаз брожения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2019. № 1 (74). С. 72-79. EDN: BTTGJA.

Юхин Д. П. К вопросу повышения эффективности функционирования метантенка биогазовой установки // Наука молодых - инновационному развитию АПК : материалы XII национальной научно-практической конференции молодых ученых. 2019. С. 168-172.

NilgünBalkaya, ErcanErkan. Phosphate removal from wastewater by using water treatment sludge// Desalination and Water Treatment. 2019. № 17. P. 61-69.

Baowei Wang, Zhiwen Wang, Tao Chen, Xueming Zhao. Development of novel bioreactor control systems based on smart sensors and actuators // Front Bioeng. Biotechnol. Sec. Bioprocess Engineering. 2020. 15p. DOI: 10.3389/fbioe.2020.00007

Published

05.10.2026

How to Cite

Parshikova М. В. (2026). Automated Control Model Development for the Technological Process of Sewage Sludge Anaerobic Digestion in a Bioreactor. Intellekt. Sist. Proizv., 24(3), 23–29. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2026-3-23-29

Issue

Section

Articles